(57)【要約】  【解決手段】  本発明は、液体試料における生物学的および／または化学的残留物を迅速に検出するための方法および装置を開示する。本発明のいくつかの実施形態では、単一のアンテナが、使い捨てカップ内の水溶液に近接して適用され、電気的な出力が、単一のアンテナと通信している電気計量装置によって記録される。水試料の清浄性に関する電場の検出のために、市販のプラスチックカップが使用される。本発明の様々な実施形態とともに、一般的および専用の対象検出が実行される。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料における所定の物質または所定の物質分類の存在を特定する装置であって、
液体試料を受容するように構成された疎水性受容要素と、
前記受容要素に近接して配置され、電場を特定するように構成された電子回路と、
前記電子回路と電気的に通信し、前記受容要素に関連した電場の存在および／または強度をユーザに示すように構成された結果インジケータと、
前記電子回路および前記結果インジケータへ電気エネルギーを提供するように構成された電気エネルギー源と、
を含む装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記受容要素は、プラスチックカップ、飲料グラス、使い捨てショットグラス、マグ、ボトル、導管、流し台、蛇口、管材料、容器、または、液体を受容するように構成された他の要素として実現されるものである、装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、近接距離は、０〜２０センチメートルの距離として実現されるものである、装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、前記所定の物質または前記所定の物質分類は、化学物質、有機化合物、殺虫剤、タンパク質、生物学的残留物、ウィルス、寄生物、またはバクテリアとして実現されるものである、装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、さらに、
前記電子回路からデータを受信し、前記結果インジケータを制御するように構成されたプロセッサ素子を含むものである、装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、さらに、
前記プロセッサ素子から遠隔コンピューティング装置へデータを送信するように構成された通信素子を含むものである、装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、前記遠隔コンピューティング装置は、スマートフォン、ウェアラブル装置、またはモバイル電子装置として実現されるものである、装置。
【請求項８】
液体試料の成分を判定するための方法であって、
電場検出器を含む電気回路を提供する工程と、
液体試料の一部を受容するように構成された疎水性受容要素を提供する工程と、
前記液体試料を前記疎水性受容要素内に配置する工程と、
前記疎水性受容要素内の前記液体試料を所定の時間または所定の回転数旋回させる工程と、
前記電場検出器を前記疎水性受容要素に近接して配置する工程と、
前記疎水性受容要素に近接した電場の存在および／または強度を測定する工程と、
前記液体試料における所定の物質または複数の物質の存在または不在を前記電場の強度を関数として判定する工程と、
前記液体試料における前記所定の物質または前記複数の物質の存在または不在をユーザへ示す工程と、
を含む方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記所定の物質または前記複数の物質は、バクテリア、ウィルス、重金属、タンパク質、核酸、有機化合物、殺虫剤、無機イオン、塩類、またはこれらの任意の組合せから選択されるものである、方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法において、前記受容要素は、ポリプロピレン、ポリスチレン、またはポリエチレンテレフタレートから作製された使い捨てプラスチックカップとして実現されるものである、方法。
【請求項１１】
請求項８記載の方法において、前記受容要素は、プラスチックカップ、グラス、マグ、ボトル、導管、管材料、蛇口、流し台、容器、または、液体を受容するように構成された他の要素として実現されるものである、方法。
【請求項１２】
請求項８記載の方法において、前記示す工程は、１若しくは複数のＬＥＤ素子によって、および／または、オーディオ素子によって実行されるものである、方法。
【請求項１３】
請求項８記載の方法において、前記旋回させる工程は、前記疎水性受容要素内の液体に対して３秒間または３回転、手動により実行されるものである、方法。
【請求項１４】
請求項８記載の方法において、前記電気回路は電気エネルギー源を含むものである、方法。
【請求項１５】
請求項８記載の方法において、前記電気回路は、前記電気回路の構成要素から、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＲ、またはＮＦＣを介して外部装置にデータを送信するように構成された通信素子を含むものである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、そのいくつかの実施形態において、液体試料における化学的または生物学的汚染物質の検出および／または特定に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明の目的は、いくつかの実施形態において、疎水面に対する液体の動きによって電場が発生する作用を通じて、液体試料内の少なくとも１つの所定の物質（ｍａｔｅｒｉａｌ）または所定の物質分類の存在を検出するための方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、液体試料における所定の物質または物質分類（ｃｌａｓｓ  ｏｆ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）の存在を特定する装置を含み、この装置は、液体試料を受容するように構成された疎水性受容要素と、受容要素に近接して配置され、電場を特定するように構成された電子回路と、前記電子回路と電気的に通信し、受容要素に関連した電場の存在および／または強度をユーザに示すように構成された結果インジケータと、前記電子回路と前記インジケータへ電気エネルギーを提供するように構成された電気エネルギー源とを含む。
【０００４】
本発明は、液体試料の成分を判定するための方法を含み、この方法は、電場検出器を含む電気回路を提供する工程と、液体試料の一部を受容するように構成された疎水性受容要素を提供する工程と、液体試料を疎水性受容要素内に配置する工程と、前記疎水性受容要素内の液体試料を所定の時間または所定の回転数旋回させる工程と、前記電場検出器を前記疎水性受容要素に近接して配置する工程と、前記疎水性受容要素に近接した電場の存在および／または強度を測定する工程と、前記液体試料における所定の物質または複数の物質の存在または不在を電場の強度を関数として判定する工程と、前記液体試料における前記所定の物質または前記複数の物質の存在または不在をユーザへ示す工程とを含む。
【０００５】
本発明は、追加的に、疎水面に関連した電場を特定する装置を含み、この装置は、プラスチックカップに関連した電場を特定するように構成された電子回路であって、前記電子回路に関連付けられたアンテナは、前記プラスチックカップに非接触近接するように構成されているものである、前記電子回路と、前記電子回路から受信した電場強度データを処理するように構成された処理ユニットと、前記処理ユニットと電気的に通信してユーザへ電場強度を示すように構成された結果インジケータと、前記電場強度データを格納するように構成されたメモリ素子と、前記電場強度データを外部装置へ送信するように構成された通信素子と、前記電子回路、前記処理ユニット、および前記結果インジケータへ電気エネルギーを提供するように構成された電気エネルギー源とを含む。
【０００６】
装置の１つの態様では、通信素子は、無線送信構成要素を含む。
【０００７】
装置の別の態様では、無線送信構成要素は、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＲ、またはＮＦＣから選択される。
【０００８】
装置の別の態様では、非接触近接距離は、０．５センチメートルと２０センチメートルとの間として実現される。
【０００９】
本発明は、液体試料の成分を判定するための方法を含み、この方法は、電場検出器を含む電気回路を提供する工程と、液体試料の一部を受容するように構成された疎水性受容要素を提供する工程と、前記液体試料を前記疎水性受容要素内に配置する工程と、前記電場検出器を前記疎水性受容要素に近接して配置する工程と、前記疎水性受容要素に近接した電場の存在および／または強度を測定する工程と、液体試料における所定の物質または複数の物質の存在または不在を電場の強度を関数として判定する工程と、前記液体試料における前記所定の物質または前記複数の物質の存在または不在をユーザへ示す工程とを含む。
【００１０】
本発明は、液体試料における化学的または生物学的残留物を検出するための方法を含み、この方法は、第１の負電荷特性を有する受容要素を提供する工程と、第２の負電荷特性を有する液体試料を前記受容要素に配置する工程と、前記液体試料を前記受容要素に対して移動させる工程と、前記受容要素に関連した電場を測定する工程と、電場の強度および／または場所に応じて液体試料における化学的または生物学的残留物の存在を判定する工程とを含む。
【００１１】
本発明は、液体試料の成分を判定するための方法を含み、この方法は、電場検出器を含む電気回路を提供する工程と、液体試料の一部を受容するように構成された疎水性受容要素を提供する工程と、前記液体試料を疎水性受容要素内に配置する工程と、前記疎水性受容要素内の液体試料を旋回させる工程と、前記電場検出器を疎水性受容要素に近接して配置する工程と、前記疎水性受容要素に近接した電場の存在および／または強度を測定する工程と、前記液体試料における所定の物質または複数の物質の存在または不在を前記電場の強度を関数として判定する工程と、前記液体試料における前記所定の物質または前記複数の物質の存在または不在をユーザへ示す工程とを含む。
【００１２】
他に定義されていない場合、本明細書で使用されているすべての技術的および／または科学的用語は、本発明が関連する当業者によって共通して理解されるものと同じ一般的な意味を有する。本発明は、電気、波、または他のエネルギーを試料へ送信または提供するのではなく、本発明の装置が、試料への電力または電圧の印加なく、新たな信号を受信する。
【００１３】
「静電気」および「電場」は、電気技術に関連するものとして理解される意味を有する。異なる物質の接触は、電荷移動をもたらすことができると理解され、ここでは、ある物質が、より負に荷電されると、摩擦電気理論により、液体を含む他の物質は、より正に荷電される。正と負との間の不均衡な荷電により、それに関連した電場が発生する。電場強度および指向性は、物質、正味の電荷、および電荷が発生する環境の具体的条件に従って変動し得る。一般的な仮定は、不均衡な（正味の）電荷が増加すると、それに関連したより大きな電場が発生するということである。電場の検出は、不均衡な電荷および／または静電荷を検出する手段となる。
【００１４】
「疎水性」は、化学技術に適用されるものとして理解される意味を有する。「受容要素」は、液体試料を受容するように構成された要素として説明される。カップ、マグ、グラス、導管、蛇口、管材料等は、液体試料を受容するために、および、いくつかの場合には、前記液体試料を所定の期間保持するように構成された受容要素の、限定しない例である。「水溶液」は、塩または他の物質を含む可能性のある、任意の、水を基本とする溶液である。本発明は、任意かつすべてのタイプの液体に等しく適用され、すべてのタイプの汚染物質または残留物が、潜在的に、特定または定量化され得ることが理解される。いくつかの応用では、受容要素は、親水性であってよい。
【００１５】
「電子回路」または「電気回路」は、抵抗、ＦＥＴ、および他の電子素子のような複数の素子を含むことができる。１若しくはそれ以上のアンテナは、電場または電位検出において適用される。電子回路は、所定の表面に関連した電場および／または電位を検出および／または測定するように構成されている。「結果インジケータ」は、電場の存在または不在をユーザに示すように構成された１若しくは複数の要素を指す。複数の有色ＬＥＤ、プログラマブルスクリーン、または可変オーディオ信号は、本発明のいくつかの実施形態のための結果インジケータの限定しない例である。「電場」は、荷電部分、電子、または静電荷によって生成された、または、それに関連したすべての形態の場を含むことができる。「スマートフォン」は、機械、特定のメガネ、ウォータバー、濾過機、または上記の一部を含む任意の電力駆動装置を含む。
【００１６】
被検物質、残留物、物質、物質のグループ、または対象物は、検出および／または定量化の対象である物質である。バクテリアおよびウィルスのみならず、重金属、有機化合物、神経ガス、タンパク質、ペプチド、および殺虫剤も同様に、本発明のための潜在的な残留物の限定しない例である。本発明に関する「近接」は、受容要素と、電子回路または電子回路に関連付けられたアンテナとの間のゼロ（完全接触）〜５０センチメートルの距離を指す。「通信素子」は、電子回路または関連付けられたコントローラと、コンピュータ、スマートフォン、ハンドヘルドコンピューティング装置、ラップトップ、ウェアラブル装置、メガネ等の遠隔装置との間で通信するように構成された素子を指す。通信は、有線または無線手段を含むことができる。無線手段は、ＷｉＦｉ、ＩＲ、ＮＦＣ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、または、無線でデータを転送するための他の方法を含むことができる。「電場検出器」は、電場強度を特定および／または測定するように構成された電子素子を指す。いくつかのＦＥＴ装置のみならず、他の電子素子は、外部発生的な電場にまたはその近傍に存在することの関数として、電流変化を有するように構成されている。装置は、広範囲の電場検出を可能にするために、１若しくは複数のＦＥＴまたは類似の素子を含むことができる。
【００１７】
「旋回（ｓｗｉｒｌｉｎｇ）」は、受容要素に対して液体を移動させる任意の手段を指す。旋回、震動、渦巻、振動、攪拌、移動、溢出、混合、追加、および滴下は、本発明において意図されるような旋回の限定しない例である。（秒で測定される）所定の時間または回転数、旋回が実行される一方、いくつかの実施形態では、ユーザは、液体試料を備えた受容要素を、期間または回転数を特定せずに旋回し、その後、測定を行うことができる。期間および回転数は、本発明のために固定される必要はない。同じことが、旋回および／または混合の力についても当てはまる。期間は、たとえば、「少なくとも１秒」等のように、最小値とすることができる。
【００１８】
本発明は、試料に対して何ら電気信号も、またはエネルギーも加えない。むしろ、電荷、および／または、関連した電場は、カップ等との関連付けにおいて特定され、選択的に定量化され、電場の存在、不在、またはサイズは、前記カップ等における液体試料の内容に関する情報を与えることができる。電場強度のあらゆる場所における測定が言及され、誰でも電位を容易に測定できることが理解される。これら２つは、本発明の測定に関し、同じとして取り扱われる。
【００１９】
電気エネルギーは、バッテリ、太陽エネルギー、人間の動作、壁面電源、発電機、使い捨てバッテリ、再使用可能バッテリ、充電式バッテリ、多数のバッテリまたは電源、または、他の適切なエネルギー源によって提供される。いくつかの実施形態では、電気エネルギーは、必要とされない。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態は、本明細書において、例示のみによって、添付図面を参照して説明される。図面に対する特定の参照を用いて詳細に示すように、図示されている細部は、一例として、および、本発明の実施形態の例示的な議論の目的のために図示されていることが強調される。この点に関し、図面を用いてなされた説明は、本発明の実施形態がどのようにして実現されるのかを、当業者に対して明らかにする。様々な図面における同じ要素は、適切な１００の倍数を進められた同じ番号を有しることが注目される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の方法のフローチャートを図示する。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従う装置の写真を示す。
【図３】図３は、本発明の実施形態に従う装置の写真を示す。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従う装置の写真を示す。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態に従う装置の写真を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、測定中におけるセンサ装置とプラスチック使い捨てカップとの関係の概略図を図示する。
【図６Ｂ】図６Ｂは、測定中におけるセンサ装置とプラスチック使い捨てカップとの関係の概略図を図示する。
【図６Ｃ】図６Ｃは、測定中におけるセンサ装置とプラスチック使い捨てカップとの関係の概略図を図示する。
【図７Ａ】図７Ａは、固定されたＰＥＴカップに対して移動された、関連付けられた静電気場を有するスマートフォンを図示する。
【図７Ｂ】図７Ｂは、固定されたＰＥＴカップに対して移動された、関連付けられた静電気場を有するスマートフォンを図示する。
【図７Ｃ】図７Ｃは、固定されたＰＥＴカップに対して移動された、関連付けられた静電気場を有するスマートフォンを図示する。
【図８】図８は、本発明の実施形態に基づくプロトタイプについての結果のグラフを図示する。
【図９】図９は、本発明の代替方法のフローチャートを図示する。
【図１０】図１０は、本発明の代替方法のフローチャートを図示する。
【図１１】図１１は、プラスチック製の飲料用ストローが疎水性要素として取り扱われた実験についての結果を図示する。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の実施形態の概略図を図示する。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明の実施形態の概略図を図示する。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の実施形態に関連する写真を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の実施形態に関連する写真を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の実施形態に関連する追加の写真を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明の実施形態に関連する追加の写真を示す。
【図１５】図１５は、本発明の追加の実施形態の概略図を図示する。
【図１６】図１６は、キーフォブ水質検出器の写真を示す。
【図１７】図１７は、天然水源を試験する際に使用中のキーフォブの写真を示す。
【図１８】図１８は、天然水源を試験する際に使用中のキーフォブの写真を示す。
【図１９】図１９は、夜通し成長した板状の海水試料を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、そのいくつかの実施形態において、液体が配置された容器の電場の存在および／または強度を測定することによって、液体内の化学的および／または生物学的残留物の存在を検出するための方法および装置に関する。
【００２３】
疎水性液体は、プラスチックの導管に静電気を与えることは良く知られているが、水が同じことをすることについてほとんど知られていない。水は、高極性溶媒であり、帯電表において考慮されていない。しかし、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＰＥＴＥ、スチレン、ＰＥＴ等のような典型的な高分子からなる使い捨てプラスチックカップにおいて水を旋回させると、プラスチックに、電荷を残すことができる。バクテリア、タンパク質、重金属、いくつかの重金属塩、または、他の生物学的残留物が水中に存在する場合、プラスチックにおいて生成された、および／または、プラスチックに残存する電荷量は、著しく低減されるか、または、数秒から数分にわたってゼロとなる。正味の効果は、水試料の清浄度の関数として、使い捨てカップ、ボトル等に関連付けられた差分電場が発生することである。
【００２４】
本発明は、いくつかの実施形態において、疎水性容器に対して液体試料を移動させることによって生成された電気的な効果に基づいている。以前になされた出願（米国特許出願第１３／９７５，３４０号、ＰＣＴ／ＩＬ２０１５／０５０７２１号）は、使い捨てピペットチップ、または、同様な液体送出要素における水の移動について議論している。本発明は、流動する試料、または、使い捨てピペットチップの必要性をなくした。測定は、プラスチックカップ内の水試料を選択的に旋回させ、その後、同じプラスチックカップから飲む前に、プラスチックカップに近接した電場を特定するだけで、その場で行われる。
【００２５】
以下の実施形態および例では、センサがより詳細に説明される。改まって説明されていない他の実施形態は、本発明の精神および趣旨から逸脱することなく可能であることが理解される。
【００２６】
第１の実施形態
本発明の方法のためのフローチャートを図示している図１に注目されたい。本発明は、液体試料の成分を判定するための方法を含み、この方法は、電場検出器を含む電気回路を提供する工程と、液体試料の一部を受容するように構成された疎水性受容要素を提供する工程と、液体試料を疎水性受容要素内に配置する工程と、疎水性受容要素内の液体試料を所定の時間または所定の回転数旋回させる工程と、電場検出器を疎水性受容要素に近接して配置する工程と、疎水性受容要素に近接した電場の存在および／または強度を測定する工程と、液体試料における所定の物質または複数の物質の存在または不在を電場の強度の関数として判定する工程と、液体試料における所定の物質または複数の物質の存在または不在をユーザへ示す工程とを含む。
【００２７】
この方法の１つの態様では、所定の物質が、バクテリア、ウィルス、重金属、タンパク質、核酸、有機化合物、殺虫剤、無機イオン、塩類、油、他の液体、またはこれらの任意の組合せから選択される。この方法の別の態様では、受容要素は、ポリプロピレン、ポリスチレン、またはポリエチレンテレフタレートから構成される使い捨てプラスチックカップとして実現される。この方法の別の態様では、受容要素は、プラスチックカップ、グラス、マグ、ボトル、導管、管材料、蛇口、流し台、容器、または、液体を受容するように構成された他の要素として実現される。この方法の別の態様では、１若しくは複数のＬＥＤ素子によって、および／または、オーディオ素子によって、表示する工程が実行される。この方法の別の態様では、疎水性受容要素内の液体に対して、３秒間または３回転、手動による旋回が実行される。この方法の別の態様では、電気回路は、電気エネルギー源を含む。この方法の別の態様では、電気回路は、電気回路の構成要素から外部装置へのデータの伝達のために構成された通信素子を含む。この方法の別の態様では、近接は、０〜２０センチメートルの距離として実現される。
【００２８】
電子回路は、最低でも、静電荷に関連した電場の存在を検出するように構成された構成要素のみならず、そのような電場の存在および／または場強度をユーザに知らせる構成要素を含む。検電器または廉価な静電気検出器は、静電荷に関連した電場の検出を可能にする電子回路の構成要素の限定しない例であり、前記静電荷は、疎水性受容要素に関連付けられている。電子回路は、電場の存在および／または強度、さらには、分析された液体試料に関する品質データに関する情報をユーザへ提供することに役立つ、ＬＥＤ、複数のＬＥＤ、またはオーディオ機能のような他の素子を含むことができる。
【００２９】
旋回されている、または、さもなければ、受容要素に対して移動されている水は、水から受容要素への電子の移動を引き起こすので、ポリプロピレン使い捨てカップのような疎水性受容要素が選択される。親水性のグラス等が使用されてもよいが、その効果は明らかではない。プラスチックカップ等における水の旋回は、プラスチックカップにおける静電気の生成をもたらす。塩、重炭酸ソーダ、および硫酸マグネシウムのような清浄な飲料水の成分は、生成された静電荷を容易に吸収することも、相互作用することもない。その結果は、静電荷は高いままであり、電子回路は、静電荷を容易に検出できることである。バクテリア、ウィルス、タンパク質、ペプチド、重金属、有機物質、殺虫剤等のような汚染物質は、存在する静電荷の量を効率的に低減するために、液体とプラスチックとの間の電子移動を低減させるか、および／または、電子を吸収、さもなければ、電子と相互作用する傾向にある。電場検出器は、より小さな場強度を記録し、前記ＬＥＤまたは複数のＬＥＤのような適切なインジケータ素子によって、より低い場強度が、汚染物質が液体試料に存在していることを示していることを表示することができる。
【００３０】
疎水性受容要素に関連した電場の存在および／または強度を測定する工程は、多くの可能な手段のうちの１つによって実行される。受容要素は、電子回路の近傍（０〜２０センチメートル）へもたらされるか、または、逆に、電子回路が受容要素の近傍へもたらされる。カップは、電子回路から所定の距離に配置され、その後、電子回路は、電場の読取または特定を可能にするように、電気エネルギーを受け取ることを許容される。
【００３１】
受容要素内において液体試料を旋回させる必要はないが、そうすることによって、より多くの電荷が生成され、清浄な試料と、数ｃｆｕ'ｓ／ｍＬでバクテリアが存在する試料との間、または、ｆｇ／ｍＬでタンパク質が存在する試料等との間で、より高い差分場強度が測定されることが理解される。いくつかの実施形態では、旋回の代わりに、疎水性受容要素が、別の物体に対して接触または摩擦され、静電気が生成される。受容要素を電子回路へ持ち込む前に、または、逆に、電子回路を受容要素へ持ち込む前に、そのような接触または摩擦のために金属面が好まれる。測定前、または、測定中、電子回路またはその構成要素を、接地、ゼロ設定、または、そうでなければ、リセットしてよいことが理解される。
【００３２】
第２の実施形態
本発明は、液体試料における所定の物質または物質分類の存在を特定するための装置を含み、この装置は、液体試料を受容するように構成された疎水性受容要素と、受容要素に近接して配置され、電場を特定するように構成された電子回路と、電子回路と電気的に通信し、受容要素に関連した電場の存在および／または強度をユーザに示すように構成された結果インジケータと、電子回路とこのインジケータへ電気エネルギーを提供するように構成された電気エネルギー源とを含む。
【００３３】
装置の１つの態様では、受容要素は、プラスチックカップ、飲料グラス、使い捨てショットグラス、マグ、ボトル、導管、流し台、蛇口、管材料、容器、または、液体を受容するように構成された他の要素として実現される。装置の別の態様では、近接は、０〜２０センチメートルの距離として実現される。装置の別の態様では、所定の物質、または、物質分類は、化学物質、生物学的残留物、有機化合物、殺虫剤、タンパク質、ウィルス、寄生物、またはバクテリアとして実現される。装置の別の態様では、電子回路は、ＦＥＴ素子を含む。装置の別の態様では、それに加えて、電子回路からデータを受信し、結果インジケータを制御するように構成されたプロセッサ素子が存在する。装置の別の態様では、それに加えて、電場の測定時に、電子回路の場所を特定するためのＧＰＳ素子が存在する。装置の別の態様では、それに加えて、プロセッサ素子から遠隔コンピューティング装置へデータを送信するように構成された通信素子が存在する。装置の別の態様では、遠隔コンピューティング装置は、スマートフォン、ウェアラブル装置、またはモバイル電子装置として実現される。
【００３４】
本発明の本実施形態のような検出装置の写真による光景を示す図２に注目されたい。水モニタリング装置２００は、３Ｖの監視バッテリ２０５、アンテナ２１０、ディスプレイＬＥＤ２１５、および、電場を検出するように構成された電子回路２１８を含む。ＬＥＤ２１５は、点灯して図示されている。ミネラルウォータ３４０を含むポリエチレンの使い捨てカップ３３０の隣の水モニタリング装置３００を図示している図３に注目されたい。カップ３３０（図示せず）から５センチメートル離れてアンテナ３１０が配置されているカップの回転によって、ＬＥＤ３１５は、カップ３３０のドライ領域３５０に関連した電場の作用によってオフされるようになる。図４は、１０ｎｇ／ｍＬのリゾチーム（Ｓｉｇｍａ、Ｌ６８７６）を含む類似のカップ４３０を図示する。モニタリング装置４００のアンテナ４１５に接触しても、点灯しているＬＥＤ４１５に変化はない。タンパク質は、カップ４３０上の電場を拭き取るように作用するので、電子回路４１８と干渉する電場は存在しない。
【００３５】
第３の実施形態
本発明は、追加的に、疎水面に関連した電場を特定する装置を含み、この装置は、プラスチックカップに関連した電場を特定するように構成された電子回路であって、前記電子回路に関連付けられたアンテナは、前記プラスチックカップに非接触近接するように構成されているものである、前記電子回路と、前記電子回路から受信した電場強度データを処理するように構成された処理ユニットと、前記処理ユニットと電気的に通信し、ユーザへ電場強度を示すように構成された結果インジケータと、前記電場強度データを格納するように構成されたメモリ素子と、前記電場強度データを外部装置へ送信するように構成された通信素子と、前記電子回路、前記処理ユニット、および前記結果インジケータへ電気エネルギーを提供するように構成された電気エネルギー源とを含む。
【００３６】
装置の１つの態様では、通信素子は、無線送信構成要素を含む。装置の別の態様では、無線送信構成要素は、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＲ、またはＮＦＣから選択される。
【００３７】
無線送信構成要素は、適切なアプリケーションおよび／または他のコンピュータ装置またはモバイルコンピューティング装置を用いて、検出ユニットからスマートフォンへのデータの伝送を可能にする。収集されたデータは、分析のためのみならず、水質の地域的および全体的な分析のために、データベースへ蓄積される。図５は、カップ５３０内のタンパク質を伴う水５４０（ＬＥＤが点灯していることに注目）に関するデータを取得するためにカップ５３０が使用される配置を図示しており、このデータは、検出装置５００から、ＮＦＣによってスマートフォン５６０へ、その後、ＷｉＦｉによってラップトップコンピュータ５７０へ送信され、ここでは、データベースが蓄積され、ローカル水質地図が生成される。いくつかの実施形態において、アンテナ５１５は、カップ５３０と接触することがあるが、ほとんどのアプリケーションでは、アンテナ５１５とカップ５３０との接触はない。
【００３８】
選択的にセンサ装置に含まれる他のセンサ機能は、試験が行われる場所の特定のためのＧＰＳと、絶対的なセンサ方位を知るためのジャイロスコープと、温度計と、カメラと、近接検出器と、レーザと、磁力計と、コンパスと、ソーラー電源電池と、時計と、内部メモリと、ＵＳＢまたは他のジャックと、スクリーン選択式タッチスクリーンと、インジケータライトを備えたボタンとを含む。センサは、複数のセンサとして実現され、多数の試験において同時に、または、順次関与されることが理解される。カップ５３０は、液体汚染物質の特定の特定を可能にするために、抗体、レセプタ、または、特定の被検物質または被検物質のクラスへのある結合のレベルを示す他の結合剤を用いてパターン化されることが理解される。
【００３９】
装置を用いた測定は、静的モードおよび移動ベースモードの両方においてなされる。図６Ａ〜図６Ｃは、電子検出回路と水の入ったカップとの間の限定しない様々な配置を図示する。図６Ａは、液体試料６４０を備えたカップ６３０と、カップ６３０の真下に配置されたセンサユニット６００とを図示する。測定は、センサユニット６００に対してカップを移動させる工程６８０と、その後、電場の存在および関連した電場強度に関して、センサユニット６００における読取を取得する工程とを含むことができ、この読取から、液体試料が清浄であるか、または、存在する汚染物質を有しているかを推定することができる。図６Ｂは、液体試料６４０を備えたカップ６３０と、カップ６３０の側面に持ち上げられた６９０センサユニット６００とを図示しており、測定は、センサユニット６００の移動中に、連続的に、または、時々、のいずれかでなされる。図６Ｃは、センサユニット６００がカップ６３０内の液体試料６４０上方のある高さにおいて配置され、測定がなされる静的な測定を図示する。強い電場は、たとえば、清浄な水を示唆する一方、低減された、または不在の電場は、生物学的または化学的性質の汚染を示唆する。汚染は、カップ６３０における静電気を減少させる。
【００４０】
センサユニット６００が、カップ６３０と平行に上方に移動し、ＬＥＤ（図示せず）が点灯し続けると、高い濃度の汚染物質が存在することが発見された。たとえば、ミネラルウォータの試料中の１マイクログラム／ミリリットルのタンパク質は、カップ６３０の底から上までＬＥＤをオンさせるであろう。一方、タンパク質の濃度がほんの１フェムトグラム／ミリリットルであれば、ＬＥＤは、水位線上方のほんの数センチメートルにおいてしか点灯しない。この振舞いにおける差が、液体試料に存在する残留物の量を定量化することを可能にすることができる。同様の振舞いは、水位線上方において測定された場合におけるセンサユニット６００とカップ６３０との間の距離において見られる。
【００４１】
第４の実施形態
本発明は、液体試料における化学的または生物学的残留物の存在を特定する装置を含み、この装置は、液体試料を受容して保持するように構成された疎水性受容要素と、電荷を特定するように構成された電子回路であって、受容要素に非接触近接されるように構成された、前記電子回路と、前記電子回路と電気的に通信するように構成されたスマートフォンまたはモバイル電子装置と、受容要素に関連した静電気の存在および強度をユーザに示すように構成されたスマートフォンまたはモバイル電子装置に関連付けられた結果インジケータと、前記電子回路とこのインジケータへ電気エネルギーを提供するように構成された電気エネルギー源とを含む。
【００４２】
装置の１つの態様では、受容要素は、プラスチックカップ、グラス、マグ、ボトル、容器、または、液体を受け取り、保持するように構成された他の要素として実現される。
【００４３】
図７Ａに注目されたい。図示されているものは、Ｎｅｖｉｏｔ（イスラエル）ミネラルウォータの水試料７０１０を含むＰＥＴカップ７００５である。Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｇａｌａｘｙ  ４Ｓ  Ｍｉｎｉスマートフォン７０２０が、カップ７００５の左へ配置され、電荷を充電するように構成された電極（この図では見えない）が、カップ７００５に面するように適合される。図７Ｂは、カップ７００５と電話７０２０との間の１センチメートルの距離において非接触近接してカップ７００５を通り過ぎる電極を備えた電話７０２０を図示する。電話７０２０とカップ７００５との間の距離は、非接触近接により、０．１センチメートルと２０センチメートルとの間である。図７Ｃは、カップ７００５を通過した後の電話７０２０を図示する。カップ７００５は、カップ７００５の側面前の電話７０２０の通過前に、３秒間、旋回された。１つの経路が使用されたが、１つよりも多くの経路を使用してもよい。電話７００５のタッチスクリーン７０３０は、適切なアプリケーションによって、測定に関する結果を図示するように適合される。
【００４４】
図８は、本実施形態に基づくプロトタイプシステム（図示せず）についての結果を図示する。左の大きなピークは、水のみが存在する場合に、ＰＥＴカップを通過するプロトタイプを表す。グラフの右における低い出力は、ＰＥＴカップにおける水が、大腸菌で急下降された場合における結果を図示する。プロトタイプ電極は、ＰＥＴカップから１センチメートルを通過したので、プロトタイプとカップとの間には接触はなく、プロトタイプによって伝搬される信号は存在せず、プロトタイプは信号を受信するだけであり、液体試料または他へいかなる信号も送信しない。
【００４５】
第５の実施形態
本発明の代替方法に関するフローチャートを図示する図９に注目されたい。本発明はまた、液体試料の品質を判定するための方法を含み、この方法は、スマートフォンまたはモバイル電子装置に関連付けられた電荷検出器を提供する工程と、液体試料の一部を受け取って保持するように構成された疎水性カップまたはボトルを提供する工程と、液体試料を疎水性カップまたはボトルへ配置する工程と、疎水性カップまたはボトル内の液体を所定の時間または所定の回転数旋回させる工程と、スマートフォンまたは電子装置を疎水性カップまたはボトルの外壁に対して移動させる工程であって、スマートフォンまたは電子装置は、疎水性カップまたはボトルに接触しないように構成されているものである、前記移動させる工程と、電荷検出器で電気信号を記録する工程と、疎水性カップまたはボトルにおける電荷の不在または存在を関数として、液体試料における汚染物質の存在または不在を判定する工程と、液体試料における汚染物質の存在または不在の判定についてユーザのためにスマートフォンまたはモバイル電子装置に表示する工程とを含む。
【００４６】
この方法の１つの態様では、汚染は生物学的である。この方法の別の態様では、カップまたはボトルは、主として高分子物質から作成される。この方法の別の態様では、高分子物質は、ポリプロピレン、ポリスチレン、または、ポリエチレンテレフタレートから選択される。この方法の別の態様では、移動は、スマートフォンまたはモバイル電子装置を、カップまたはボトルを過ぎて通過させることによって達成される。この方法の別の態様では、移動は、スマートフォンまたはモバイル電子装置を、カップまたはボトルへ非接触近接して振動させることによって達成される。
【００４７】
電荷検出器は、電荷、または、静電気の電荷または存在を検出、感知、または測定するように構成された任意の装置または素子であってよい。本実施形態のためのカップまたはボトルの限定しない例は、ＰＥＴ、ポリプロピレン、およびポリスチレンのカップおよびボトルを含む。液体がカップまたはボトルを出ることなく、カップ旋回を可能にするように、液体は、カップまたはボトルの１／３配置される。旋回は、一般的な用語であり、カップまたはボトル内の液体を、震動、移動、振動、揺動、または、前記カップまたはボトルの内側に対して移動させる他の任意の手段を含むことができる。スマートフォンは、専用の電荷検出器を含むことができるか、または、コネクタまたは無線相互作用によって関連付けられた電荷検出器を有することができる。スマートフォンまたはモバイル電子装置を移動させる工程は、これに限定されるものではないが、手動による通過、振動、押出、または旋回を含む任意の手段によって実行されてよい。その代わりに、または、それに加えて、カップまたはボトルを、スマートフォンまたはモバイル電子装置に対して移動させてもよいことが理解される。それに加えて、測定中、スマートフォンまたはモバイル電子装置のみならず、カップまたはボトルを移動させてもよい。電気信号は、カップまたはボトルに関連付けられた電荷の量に関連する。汚染物質の存在または不在の判定は、カップまたはボトルに関連した電場の量を評価することによってなされる。大量の電荷／関連付けられた場は、水試料が、電場と相互作用するバクテリア、タンパク質、ウィルス、有機性廃棄物、または、重金属がないことを意味する。低減された電荷の量は、水がこれらのうちの１若しくはそれ以上で汚染されていることを示唆する。表示する工程は、スマートフォンまたはモバイル電子装置に関連付けられたタッチスクリーン上でダイレクトに実行される。データは、選択的に、格納されるか、および／または、無線手段によって、クラウドまたは他の所定の場所におけるストレージサイトへ転送される。
【００４８】
第６の実施形態
本発明の方法に関するフローチャートを図示する図１０に注目されたい。本発明は、液体試料の品質を判定するための方法を提供し、この方法は、スマートフォンまたはモバイル電子装置に関連付けられた電荷検出器を提供する工程と、液体試料を提供する工程と、疎水性要素を提供する工程と、前記疎水性要素を前記液体試料と所定の期間接触させる工程と、前記疎水性要素を前記液体試料から離間させる工程と、前記疎水性要素を前記スマートフォンまたは前記モバイル電子装置に近接して配置する工程であって、前記液体試料と接触していた前記疎水性要素の一部は、前記電荷検出器とは反対側に配置されるものである、前記配置する工程と、前記スマートフォンまたは電子装置を前記疎水性要素に対して移動させる工程と、前記電荷検出器を用いて電気信号を記録する工程と、前記疎水性要素における電荷の存在または不在を関数として、前記液体試料における汚染物質の存在または不在を判定する工程と、前記液体試料における前記汚染物質の前記存在または不在の判定についてユーザのために前記スマートフォンまたはモバイル電子装置に表示する工程とを含む。
【００４９】
この方法の１つの態様では、疎水性要素は、飲料用ストローとして実現される。この方法の別の態様では、疎水性要素は、高分子物質のストリップとして実現される。この方法の別の態様では、前記移動の前に、前記疎水性要素を、前記液体試料に対して移動させる追加の工程が存在する。この方法の別の態様では、所定の期間は、１〜１０秒から選択される。本発明の１つの実施形態では、測定における支援のために、ストロー、導管、チューブ、管材料等へ空気を導入する追加の工程が存在してもよい。
【００５０】
図１１は、プラスチック（ポリプロピレン）製のストローが水（左）と、ミリリットル当たり約１，０００ｃｆｕ'ｓで大腸菌が入った水（右）との個別の試料に配置された実験についての結果を図示する。これらストローは、液体試料内に配置され、試料内を３秒間動き回り、その後、電場検出器の前に配置された。ストローは、４秒間である各測定の間、検出器の前で左右にコンスタントに移動され、検出器を、ストロー、または、ポリエチレンまたは他の適切な高分子物質のストリップのような他の疎水性要素に対して移動させることができることが理解される。大腸菌試料に関連付けられた、清浄な水道水に対する、より低い振幅は、ユーザに対して、ユーザの水試料における汚染物質の存在について警告するであろう。
【００５１】
第７の実施形態
本発明の実施形態を図示する図１２Ａに注目されたい。液質検出器１２００は、アンテナ１２１０を含む静電気検出器１２１８を含む。検出器１２００は、加速度計１２９１のみならず、第１の位置線１２９２および第２の位置線１２９３を含む。カップ１２３０は、水性試料１２４０を含む。第１の位置線１２９２は、カップ１２３０内の水位線１２９４と揃えられる。液質検出器１２００が、起動される。ライト１２９５は、検出器１２００が動作していることを示す。カップ１２３０における静電気電荷（および関連した電場および／または電位）の測定が実行される。水性試料１２４０が存在するところでは、水は、カップ１２３０内の静電気を相殺するので、検出器は、電荷を読み取ることはない。検出器１２００は、カップ１２３０の上方向へ移動される１２９９。本測定の続きを示す図１２Ｂに注目されたい。検出器１２００は、第２の位置線１２９３が水位線１２９４に位置されるまで、カップ１２３０の側面を上方向にスライドされる。第１の位置線１２９２と第２の位置線１２９３との間の距離は知られているので、加速度計１２９１は、動きの方向および距離を確認する。測定に時間制約が課せられてよい。第２の測定は、アンテナ１２１０が位置されている水位線１２９４の上方の位置においてカップ１２３０に関連付けられた静電気からなる。静電気が存在するのであれば、緑のライト１２９６が点灯し、水性試料１２４０内に生物学的または化学的残留物が存在しないことが示唆される。静電気がない、または、所定のレベルよりもはるかに低いのであれば、赤いライト１２９７が、ユーザに対して、水試料が汚染されている可能性があることを警告するであろう。さらなるライト１２９８が、測定に誤りがあり、最初の読取が静電気を示していること、または、検出器１２００が適切に移動されなかったこと等、および、新たな読取が必要とされること、をユーザに対して警告することができる。検出器１２００は、カップ１２３０に接触することができるか、または、測定中、カップ１２３０から最大２０センチメートル離れていてよい。本発明のより容易な理解を可能にするように、バッテリ、オン／オフスイッチ、メモリ、時計、および他の機能は図示されていない。本発明のこの実施形態および他の任意の実施形態において、２つよりも多くの測定が実施されてよい。
【００５２】
カップ内の水１３４０の旋回後の、水道水１３４０を備えたカップ１３３０を図示する図１３Ａに注目されたい。電場アンテナ１３１０を備えた液質検出器１３００は、水位線１３９４よりも下方に配置され、測定がなされた。点灯されたＬＥＤ１３１５は、水１３４０がカップ１３３０内に存在する場所では、電場が存在せず、検出器１３００が動作していることを意味する。図１３Ｂでは、検出器１３００が、水位線１３９４の上方へ移動され、別の測定がなされた。ＬＥＤ１３１５は、水位線１３９４の上方におけるカップ１３３０上の静電気の存在によって、オフされた。検出器は、近傍の電場の存在によって、電流を通す能力が悪影響を及ぼされる電子素子を含む。以前に特定された米国仮特許出願において説明されたように、いくつかの市販のＦＥＴが、この機能を有するとして説明された。
【００５３】
カップ内の水１４４０の旋回後、１ｎｇ／ｍＬのリゾチーム（タンパク質）を伴う水道水１４４０を備えたカップ１４３０を図示する図１４Ａに注目されたい。電場感知アンテナ１４１０を備えた液質検出器１４００が、水位線１４９４の下方に配置され、測定が行われた。点灯されたＬＥＤ１４１５は、水１４４０がカップ１４３０内に存在する場所では、電場が存在せず、検出器１４００が動作していることを意味する。図１４Ｂでは、検出器１４００が、水位線１４９４の上方へ移動され、別の測定がなされた。水１４４０に存在するタンパク質による水位線１３９４の上方におけるカップ１３３０における静電気の欠如によって、ＬＥＤ１４１５がオンされた。電流は、点灯されているＬＥＤ１４１５へ自由に流れる。
【００５４】
第８の実施形態
本発明の実施形態を図示する図１５に注目されたい。液質センサ１５００は、各々がアンテナ１５１０を含む２つの電場検出器１５１８および１５１９を含む。この検出器１５００は、カップ１５３０内の水試料１５４０の水位線１５９４に対して配置されるように構成された中心線１５１１を含む。カップ１５３０は、水性試料１５４０を含む。この配置は、１つの電場検出器１５１８を、水位線１５９４よりも高くし、他方の電場検出器１５１９を、水位線１５９４よりも低くする。カップ１５３０における電場の局所的な測定が、各検出器１５１８および１５１９によって実行される。水は、水試料１５４０が存在するカップ１５３０内の静電気を相殺するので、下方の検出器１５１９は電荷を読み取らず、青いライト１５９５が点灯する。上方の検出器１５１８は、水位線１５９４の上方の数センチメートルであるカップ１５３０のドライ領域において、カップ１５３０に関連付けられた静電気を読み取る。静電気が存在するのであれば、緑のライト１５９６が点灯し、水試料１５４０内に生物学的または化学的残留物が存在しないことが示唆される。静電気がない、または、所定のしきい値よりもはるかに低ければ、同じライト１５９６が、赤を示し、ユーザに対して、水試料１５４０が汚染されている可能性があることを警告するであろう。センサ１５００は、カップ１５３０に接触することができるか、または、測定中、カップ１５３０から最大２０センチメートル離れていてよい。本発明のより容易な理解を可能にするように、バッテリ、オン／オフスイッチ、メモリ、時計、および他の機能は図示されていない。
【００５５】
第９の実施形態
水質検出器として動作する検出キーフォブ１６０１を図示する図１６に注目されたい。キーフォブ１６０１は、バッテリ、電場感知ＦＥＴ、およびアンテナ１６１０を有する。赤色ＬＥＤ１６１５は目に見え、感知ＦＥＴ（プラスチックカバーの下にあって見えない）を含む関連付けられた電子回路によって、プラスチックカップ等に関連した電場がオフになるまで点灯し続ける。アンテナ１６１０は、ＬＥＤの左側に見える。オン／オフボタン１６８３が見える。フォブ１６０１は、天然水源の水質を試験するためのフィールドスタディに成功裡に展開された。図１７および図１８は、イスラエルの滝におけるキーフォブの展開を図示する。図１７は、ＬＥＤ１７１５が水位線１７９４よりも上方においてオフとなり、プールにおける清浄な水を特定している、キーフォブ１７０１のビデオからのスクリーングラブを図示する。図１８は、キーフォブ１８０１のＬＥＤ１８１５が水位線１８９４の上方で点灯するので、別の滝の近くの汚染された水を示す、第２のビデオスクリーングラブを図示する。
【００５６】
第１０の実施形態
１つの代替実施形態は、電場の検出器が存在する状態で使い捨てプラスチックカップ内の液体試料を旋回させる、すなわち、液体を備えたカップを旋回させ、カップに関連した電場を同時に、そして、以前の実施形態のように非シーケンシャルに測定する可能性を含む。そのような構成において、検出器に関連付けられたＬＥＤは、電場または潜在的な検出器に近接したカップにおいて水が旋回されると、清浄な水に対して、ストロボ光のようにフラッシュするであろう一方、タンパク質、ウィルス、病原菌、または、他の化学的または生物学的残留物で汚染された水試料は、旋回が実行されたカップにおける関連付けられたより低い静電荷によって、ＬＥＤを連続的に点灯させ続けるであろう。そのような実施形態は、標準的なタンパク質を含む水試料、水道水に対するウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）を検出する際に成功裡に適用された。本実施形態（旋回中、適用されているカップの高さにおいて、ＬＥＤがオンされ続ける）を用いて、地中海からの海水中において、低いバクテリア濃度（〜３０ｃｆｕ'ｓ／ｍＬ）が検出された（図１９）。図１９は、トリプシンソイブロスプレート（Ｎｏｖａｍｅｄ、エルサレム、イスラエル）上に板状となった３ミリリットルの海水の結果を示す。
【００５７】
特定の化学的および／または生物学的検出は、受容要素に関連した電場の測定前に、液体試料へ追加された受容要素または別の要素のいずれかへ付着された適切な抗体や、受容体等を使用することによって実行されることが理解される。したがって、プラスチックカップは、たとえば、水試料における大腸菌の存在を具体的に特定するために、大腸菌抗体でコーティングされる。
【００５８】
本出願から生じる特許権の存続期間中、液体試料における残留物を測定するための追加のシステムと、本発明の用語の範囲とは、先天的にそのようなすべての新技術を含むことが意図されていることが期待される。
【００５９】
本明細書において述べられたすべての公開文献、特許、および特許出願は、あたかも、各個別の公開文献、特許、または特許出願が、参照により本明細書に組み込まれるように具体的および個別に示されるのと同じ程度まで、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。それに加えて、本願における任意の参照の引用または特定は、そのような引用文献が、本発明への先行技術として利用可能であるとの容認として解釈されないものとする。セクションの見出しが使用される限りでは、セクションの見出しは、必ずしも限定として解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
2019502934.tif 000029
2019502934.tif 000030
2019502934.tif 000031
2019502934.tif 000032